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Anno 2019 Numero 12

Tecnica
dicembre 2019

Mezzi autonomi, la nuova frontiera della meccanizzazione

Trattori e operatrici semoventi governati con sistemi ad alta automazione e robot adibiti a varie funzioni rappresentano la nuova generazione delle macchine agricole. Il processo di automazione di alcune funzioni è iniziato già da tempo, ma negli ultimi anni lo sviluppo dei sistemi elettronici e dell’intelligenza artificiale ha fatto compiere grandi progressi e consente già oggi di produrre e gestire in modo informatizzato mezzi e robot per una vasta rosa di applicazioni

Una delle principali conquiste che l’umanità intera tuttora anela è quella di poter far svolgere i lavori più ingrati,  di qualunque natura essi siano, a macchine o dispositivi “pensanti” (si pensi ad esempio al significato del termine “robot”, che deriva  dal termine ceco “robota”, ovvero: lavoro servile, pesante) in grado di prendere decisioni autonome sulla più efficiente esecuzione delle mansioni da svolgere. Si tratta di una fase successiva all’automazione, ovvero al supporto (più o meno robusto) che le macchine possono offrire alle decisioni e alle successive azioni, che rimangono comunque  di pertinenza dell’operatore umano.

è indubbio che proprio l’ultimissimo periodo storico, con il prorompente (e talvolta tumultuoso) sviluppo della cosiddetta “intelligenza artificiale” e dell’”internet delle cose” (IoT, Internet of Things) ha consentito un enorme passo avanti nelle potenzialità in questo senso, progresso supportato in modo prepotente dall’enorme sviluppo delle modalità di comunicazione dell’informazione, soprattutto di tipo wireless (si pensi all’imminente entrata in servizio su larga scala del sistema 5G).

Anche nell’ambito della meccanizzazione agricola la lunga corsa all’automazione e alla robotizzazione è entrata nel vivo ormai da qualche anno, con realizzazioni via via sempre più sofisticate, affidabili e sicure.

Senza aver ovviamente la pretesa di esaurire l’argomento, sempre più vasto, di seguito verranno illustrati alcuni esempi di automazione e robotizzazione a livello crescente di sofisticazione e di autonomia operativa, introdotti a livello più o meno sperimentale in diversi settori della produzione agricola.

 

Dapprima la guida parallela, poi quella automatica

è indubbio che la diffusione, ormai completamente consolidata, della cosiddetta geolocalizzazione, cioè della possibilità di stabilire con estrema precisione e monitorare la posizione geografica di qualsiasi oggetto sul nostro pianeta tramite il GPS abbia offerto un poderoso impulso alla guida automatica, in primis dei trattori, ma anche di tutte le altre macchine agricole destinate a lavorare in campo aperto.

Più complicato fu, almeno all’inizio di questa evoluzione, dotare il trattore di automatismi in grado, ad esempio, di correggere la traiettoria, intervenendo in modo più o meno attivo sui sistemi di sterzo. Un conto infatti è intervenire sul volante con un attuatore esterno (come ad esempio fa il ben noto EZ Steer di Trimble), un altro invece è intervenire direttamente sull’impianto dell’idroguida, gestendolo a monte del comando disponibile per il conducente (il volante, appunto).

In tema di agevolatori del direzionamento  di un veicolo, è opportuno distinguere la cosiddetta “guida parallela” dalla guida automatica vera e propria: la prima persegue l’esclusivo obiettivo di ottimizzare l’efficacia dell’operazione, evitando il verificarsi di dannose sovrapposizioni o superfici di terreno non lavorate (risultando utile specie dove mancano precisi riferimenti spaziali, come ad esempio nella risaia allagata), mentre la seconda si spinge più in avanti, gestendo tipicamente anche alcune funzioni della macchina, in relazione ad una serie più o meno numerosa di parametri ambientali e di lavorazione. In questo senso, l’introduzione dell’ISOBus ha permesso di ottimizzare il “dialogo” tra unità motrice e attrezzatura, con la versione più recente di questo protocollo di comunicazione (l’ISOBus III) che ribalta la gerarchia precedentemente stabilita: in sostanza, non è più il trattore che comanda l’attrezzatura, ma è quest’ultima, in base alla routine eseguita, che gestisce alcuni parametri di funzionamento del trattore. Per esempio, nella raccolta del foraggio è la rotoimballatrice a definire la velocità e l’eventuale arresto del trattore nel momento in cui deve scaricare la balla confezionata.

Lo sviluppo e la comparsa sul mercato di sensori di varia natura che operano localmente ha mutato in buona parte il paradigma, nel senso che non è più il segnale del GPS a sovrintendere alla guida automatica, ma uno o più segnali locali provenienti da ciò che c’è negli immediati dintorni della macchina da guidare.

Le molteplici applicazioni sono state dapprima implementate sui trattori, ma successivamente sono state estese a numerose altre macchine operatrici semoventi, quali le mietitrebbiatrici e le vendemmiatrici.

Su quest’ultima macchina, New Holland ha recentemente offerto alla propria clientela un’interessante implementazione sui modelli Braud 9000 M e L, ovvero lo SmartSteer, un sistema integrato di guida automatica per condurre la macchina nei vigneti allevati a spalliera, grazie ad una videocamera 3D, che scansiona una zona di filare lunga 8 m antistante alla posizione della macchina e la direziona in automatico al fine di ottimizzare la centratura dell’apparato scuotitore e quindi l’efficacia della raccolta.

Dopo aver preventivamente calibrato la macchina in base alle dimensioni della canopy, l’operatore decide quando avvalersi dello SmartSteer, che comunque si arresta a fine filare o se rileva una qualsiasi anomalia. Da sottolineare che, sulla base dei parametri monitorati, lo SmartSteer funziona anche in condizioni di oscurità, permettendone il suo efficace uso anche nella raccolta notturna dell’uva, una soluzione sempre maggiormente praticata per i vantaggi che comporta in relazione alle minori temperature del prodotto, e quindi al ridotto rischio di innesco di indesiderate fermentazioni.

 

I trattori (ma non solo)

senza uomo a bordo

Sono definiti “unmanned”, “autonomuous” o “driverless” tractor, in pratica trattori senza conducente a bordo, in grado di eseguire in modo (relativamente) autonomo parecchie lavorazioni in combinazione con le attrezzature del caso.

In questa categoria di macchine semoventi, il livello base è rappresentato dai veicoli radiocomandati. Da questo punto di vista, sono ormai numerosissime le realizzazioni, ma è nelle applicazioni particolari, ovvero nelle coltivazioni ad alto reddito e per usi specializzati che queste macchine hanno visto una significativa diffusione. Da qualche anno infatti diversi costruttori stanno proponendo modelli semoventi di portattrezzi a ruote o cingoli, radiocomandati e senza conducente a bordo, con motore (solitamente diesel) della potenza massima di qualche decina di cavalli. Sono equipaggiate con le classiche dotazioni dei trattori agricoli, quindi in grado di eseguire numerose lavorazioni, e risultano utili soprattutto in situazioni dove non è possibile (o prudente) avventurarsi con il macchinario tradizionale, tipicamente su aree fortemente declivi.

Diverse soluzioni sono state messe a punto da costruttori stranieri, ma nel panorama nazionale si segnalano tra le altre l’E-Trail della Berti di Caldiero (VR) e la gamma Robo della Energreen di Cagnano (VI).

Pensato per impieghi piuttosto gravosi, l’E-Trail della Berti è un portattrezzi radiocomandato con cingoli in gomma equipaggiato da un motore diesel da 40 Cv circa, che per tagliare l’erba e sminuzzare i sarmenti nel vigneto può essere accoppiato alla trinciatrice idraulica modello ET/M da 1,3 m di larghezza di lavoro, fabbricata con acciai di alta resistenza strutturale e resistenza all’usura. Dotata di un rotore a martelli e slitte di appoggio, può trinciare materiale legnoso fino a 60-80 mm di diametro. Il portattrezzi può lavorare sino a 55° (143%!) di pendenza, in ogni direzione. Per lavori ancora più gravosi, è disponibile la trinciatrice ET/FX, con rotore a denti fissi al carburo di tungsteno, idonea per triturare cespugli, ramaglia, e materiali legnosi fino a 100-120 mm di diametro. Il portattrezzi può lavorare sino a 7 km/h, ed è governabile via radio entro un raggio di 150 m.

La Energreen di Cagnano (VI) produce la gamma Robo, ovvero mezzi anch’essi in grado di lavorare sino a 50-55° di pendenza in ogni direzione, con un raggio d’azione del radiocomando (che lavora a 870 MHz) di 150 m. Il modello RoboMAX, equipaggiato con un motore diesel da 75 Cv e trasmissione idrostatica a due gamme (tra 0 e 2,5 e tra 0 e 5,5 km/h) è dotato di cingoli, di serie in gomma, oppure a richiesta anche in gomma con costole alte o in acciaio.

Oltre alla trinciatrice, sono disponibili moduli anche per la pre-potatura e i trattamenti fitosanitari. Come del resto gli altri portattrezzi, anche il RoboMAX è dotato di un doppio roll-bar di protezione della macchina in caso di ribaltamento. Da notare che Energreen offre anche il RoboPOWER, una versione per impieghi gravosi molto performante, che può montare motori fino a ben 173 Cv e ha una massa di 4.600 kg.

Viceversa, nel panorama dei trattori di pieno campo di alta potenza, da segnalare l’”Autonomous Concept Vehicle” (ACV) di Case, nonchè il suo omologo a marchio New Holland: presentati nel 2016, si tratta di macchine di architettura tradizionale, che nella versione Case è basata sulla gamma Magnum, e si fa notare per la completa assenza del posto di guida. Il trattore, che si avvale di un GPS RTK (ad altissima precisione), di un LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging,  una tecnica di telerilevamento che permette di determinare la distanza di un oggetto o di una superficie tramite impulsi laser), di videocamere a bordo e di diversi sensori di prossimità, consente il monitoraggio e il suo controllo tramite PC o tablet, ovviamente in modalità remota.

L’ACV va oltre il concetto della classica macchina radiocomandata, perché ad esempio può essere istruito a continuare il lavoro anche in presenza di un ostacolo non considerato pericoloso, oppure può percorrere determinate piste o strade non aperte al traffico veicolare, potendo comunque visualizzare l’orizzonte davanti al veicolo grazie alla videocamere di bordo. Inoltre, l’ACV è già predisposto per l’adeguato sfruttamento dei cosiddetti “big data”, come ad esempio quelli che offrono informazioni satellitari sulle condizioni meteorologiche in tempo reale, in modo da ottimizzarne l’attività nello spazio e nel tempo, dato che il trattore può lavorare 24 ore al giorno.

 

L’avvento dei “robot”

Il progresso tecnico si è spostato più di recente su mezzi che spesso in acronimo o per esteso hanno nella loro denominazione il termine “robot”. In questo caso, nella gran parte dei casi non si tratta più di macchine semoventi da accoppiare ad attrezzature convenzionali e strutturate su architetture note, quando piuttosto a veicoli che svolgono una o poche mansioni, qualche volta anche come una flotta di esemplari identici che operano contestualmente.

In tale settore, le realizzazioni sono numerosissime ed estremamente diverse tra loro; ciò che le accomuna è comunque l’elevato grado di autonomia operativa, che si avvale di livelli progressivamente crescenti della cosiddetta “intelligenza artificiale”.

La francese Naio Technologies da qualche tempo mette a punto soluzioni per il diserbo selettivo nelle coltivazioni specializzate, sia di pieno campo che in ambiente confinato. Interessante è il Dino, una macchina premiata con la medaglia d’argento all’edizione di Agritechnica 2019 appena conclusasi, e adibita al diserbo meccanico delle orticole coltivate a cespo. Con una struttura a portale e a trazione integralmente elettrica alimentata a batteria, il veicolo monta un dispositivo diserbante che si avvale di utensili a tenaglia che sono mossi elettricamente per smuovere il terreno tra un ceppo e l’altro, sradicando e quindi inibendo le infestanti presenti. Il valore aggiunto della macchina consiste sia nelle potenzialità di navigazione avanzata sull’appezzamento, sia soprattutto sull’applicazione delle tecniche di visione della coltura, che permette un azionamento preciso degli utensili, senza alcun danneggiamento dei cespi.

La macchina offre inoltre altre opportunità, come ad esempio  il conteggio delle piantine diserbate, la valutazione dello stadio di accrescimento della coltura (ovvero le dimensioni dei singoli cespi di insalata), la stima della data di raccolta e ulteriori indicazioni utili per eventuali azioni di diradamento, fertilizzazione selettiva o altri interventi mirati.

Un approccio ancora più futurista (e probabilmente futuribile)  è rappresentato dal MARS (Mobile Agricultural Robot Swarms) di Fendt, anch’esso premiato con la medaglia d’argento all’edizione  di Agritechnica 2017. Sviluppato inizialmente grazie ad un finanziamento UE dalla Ulm University, Fendt ha implementato nel progetto XAVER una piccola macchina robotizzata per la semina di precisione del mais, pensata per lavorare 24 ore al giorno in flotta, ovvero in collaborazione con numerose altre unità identiche, grazie all’ausilio di soluzioni basate su un cloud con accesso permanente ai dati.

Il livello di dettaglio si spinge addirittura alla memorizzazione del punto di deposito e del momento di messa a dimora del singolo seme: ciò apre grandi opportunità per successivi processi di tipo selettivo sulle piante cresciute nel frattempo, quali interventi di protezione o di fertilizzazione. L’algoritmo intelligente OptiVisor programma l’impiego dei robot , calcolando i percorsi ottimali delle unità coinvolte e effettuando con tempestività la  diagnostica remota. La flotta può essere attualmente composta tra 6 e 12 unità, per una produttività complessiva di circa 1 ha/h. Qualora un’unità dovesse interrompere il lavoro (ad esempio per un guasto) le altre verrebbero automaticamente riprogrammate per sopperire alla temporanea mancanza. Il MARS di Fendt è azionato elettricamente a batteria (con una potenza di circa 400 W); la ridotta massa del veicolo, di soli 50 kg, ne permette un proficuo  impiego  anche in condizioni di terreno in cui le macchine tradizionali non possono lavorare.

di Domenico Pessina

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